JP4781106B2 - Silicon etching method and apparatus, and etched silicon body - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン材をテーパ状にプラズマエッチングする方法及び装置、並びに、その方法及び装置により作製されるエッチングシリコン体に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for plasma etching a silicon material in a tapered shape, and an etched silicon body produced by the method and apparatus.
シリコン材のエッチング手法としては、従来から、プラズマを用いたドライエッチング処理が広く利用されている。プラズマを用いたドライエッチング処理では、減圧雰囲気中で低圧プロセスガスのプラズマを発生させ、発生したプラズマによってシリコン材をエッチング加工する。また、エッチングの異方性を高めるために、プロセスガスとしてエッチング用ガス(例えばSF6)と堆積用ガス(例えばC4F8)とを同時に導入してプラズマ化させる手法も知られている。Conventionally, dry etching using plasma has been widely used as an etching method for silicon materials. In the dry etching process using plasma, low-pressure process gas plasma is generated in a reduced-pressure atmosphere, and the silicon material is etched by the generated plasma. In addition, in order to increase the anisotropy of etching, a technique is also known in which an etching gas (for example, SF 6 ) and a deposition gas (for example, C 4 F 8 ) are simultaneously introduced as a process gas to form plasma.
ところで、シリコン体に対するMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を適用した加工技術にあっては、エッチング面が垂直であることよりもむしろテーパ状をなすようなエッチング加工が望まれる場合も多くなっている。このような例としては、マイクロTAS(Total Analysis System)と呼ばれるシステムにおける液体の微小な流路に、テーパエッチング加工したシリコン体が使用されている。また、微細な光ファイバを載置するための基台として、V溝加工されたシリコン体が使用されている。このようなシリコン体にあっては、所望のテーパ角度とテーパ表面の平滑さとが要望されるため、プラズマエッチングによってテーパ状のシリコン体を作製する場合には、この要望を満たす必要がある。 By the way, in a processing technique to which a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technique is applied to a silicon body, an etching process that forms a taper rather than a vertical etching surface is often desired. . As an example of this, a silicon body that has been subjected to taper etching is used in a minute flow path of a liquid in a system called a micro TAS (Total Analysis System). Also, a V-grooved silicon body is used as a base for placing a fine optical fiber. In such a silicon body, since a desired taper angle and smoothness of the taper surface are desired, it is necessary to satisfy this demand when producing a tapered silicon body by plasma etching.
シリコン材をテーパ状にエッチングする技術として種々のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1のエッチング手法では、エッチング用ガスとしての塩素ガスと、堆積用ガスとしてのメタンガスと、酸素ガスとの混合ガスを用いており、メタンガス(堆積用ガス)によってテーパ形状を作成している。また、エッチングマスクのパターンサイズに起因するテーパ形状の差異を解消するために、酸素ガスを加えている。
プロセスガスとしてSF6ガスを用いて、表面にエッチングマスクを形成したシリコン材にプラズマエッチングを施した場合には、等方的なエッチングが強いので、テーパ面と平坦面との境界が丸みを帯びてしまい、また、テーパ表面の粗さも200nmを超えた。なお、テーパ表面の粗さとは、テーパ表面の凹凸度を表しており、具体的には最上面と最下面との距離(peak to valley)を示すものである。また、プロセスガスとしてエッチング用ガスと堆積用ガスとの混合ガスを用いて、表面にエッチングマスクを形成したシリコン材にプラズマエッチングを施した場合、例えばSF6=130sccm,C4F8=30sccmの流量条件にてテーパ角度が65°となる鋭角的なテーパ形状は形成できたが、テーパ角度を所望の角度に制御することが難しく、また、テーパ表面の粗さも200nmを超えた。このように従来の技術では、テーパ角度を所望の値に制御することが困難であり、テーパ表面の粗さを低減することができないという問題がある。更に、従来の技術では、図1に示すように、シリコン材21とマスク22との界面にオーバーハング形状が形成されるという問題もある。When plasma etching is performed on a silicon material having an etching mask formed on the surface using SF 6 gas as a process gas, the boundary between the tapered surface and the flat surface is rounded because the isotropic etching is strong. In addition, the roughness of the taper surface exceeded 200 nm. The roughness of the taper surface represents the degree of unevenness of the taper surface, and specifically indicates the distance between the uppermost surface and the lowermost surface (peak to valley). Further, when plasma etching is performed on a silicon material having an etching mask formed on the surface using a mixed gas of an etching gas and a deposition gas as a process gas, for example, SF 6 = 130 sccm and C 4 F 8 = 30 sccm. An acute taper shape with a taper angle of 65 ° under flow conditions could be formed, but it was difficult to control the taper angle to a desired angle, and the roughness of the taper surface exceeded 200 nm. Thus, in the conventional technique, it is difficult to control the taper angle to a desired value, and there is a problem that the roughness of the taper surface cannot be reduced. Further, the conventional technique has a problem that an overhang shape is formed at the interface between the
特許文献1では、堆積用ガスによってテーパ形状を作成しているため、エッチング速度の低下をもたらしたり、堆積処理が進行しすぎてエッチング停止をもたらすなど、再現性に欠けるという問題がある。また、堆積用ガスの重合体を破壊する目的で酸素ガスを加えているだけであり、所望のテーパ角度を形成するような制御は行えていない。 In Patent Document 1, since the taper shape is created by the deposition gas, there is a problem in that the reproducibility is lacking, for example, the etching rate is lowered or the deposition process proceeds too much to stop the etching. Further, oxygen gas is only added for the purpose of destroying the polymer of the deposition gas, and control for forming a desired taper angle cannot be performed.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所望のテーパ角度を容易に達成すると共に、テーパ表面の平滑化を実現でき、またオーバーハング形状が生じないシリコンエッチング方法及び装置並びにそれによって作製したエッチングシリコン体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. A silicon etching method and apparatus capable of easily achieving a desired taper angle, realizing a smoothed taper surface, and causing no overhang shape, and thereby It aims at providing the produced etching silicon body.
本発明に係るシリコンエッチング方法は、エッチングマスクが形成されたエッチング対象のシリコン材を、プロセスガスを導入した雰囲気に設置し、前記プロセスガスのプラズマにより前記シリコン材をテーパ状にエッチングする方法において、前記プロセスガスとして、エッチング用の第1ガスと堆積用のフッ化炭素系の第2ガスと酸素ガスとを混合させたものを用いることとし、前記第2ガスまたは酸素ガスの流量を一定にした状態で前記第2ガスの流量に対する前記酸素ガスの流量の比を0〜2.5の範囲で調整することにより、エッチング後の前記シリコン材のテーパ角度を制御することを特徴とする。 The silicon etching method according to the present invention is a method in which a silicon material to be etched, on which an etching mask is formed, is placed in an atmosphere into which a process gas is introduced, and the silicon material is etched in a tapered shape by plasma of the process gas. As the process gas, a mixture of a first gas for etching, a fluorocarbon-based second gas for deposition, and oxygen gas is used, and the flow rate of the second gas or oxygen gas is made constant. by adjusting the flow rate ratio of the oxygen gas to the flow rate of the second gas in the range of 0 to 2.5 in the state, and controlling the taper angle of the silicon material after etching.
本発明に係るシリコンエッチング装置は、エッチングマスクが形成されたエッチング対象のシリコン材を、プロセスガスを導入した反応器内に設置し、前記プロセスガスのプラズマにより前記シリコン材をテーパ状にエッチングする装置において、エッチング用の第1ガスを前記反応器内へ導入する第1ガス導入手段と、堆積用のフッ化炭素系の第2ガスを前記反応器内へ導入する第2ガス導入手段と、酸素ガスを前記反応器内へ導入する第3ガス導入手段と、前記第2ガスまたは酸素ガスの前記反応器内への導入量を一定にした状態で前記第2ガスの前記反応器内への導入量に対する前記酸素ガスの前記反応器内への導入量の比を0〜2.5の範囲で調整する調整手段とを備え、前記反応器内に導入された前記第1ガス、前記第2ガス及び前記酸素ガスの混合ガスを前記プロセスガスとして用いるようにし、前記調整手段での調整によりエッチング後の前記シリコン材のテーパ角度を制御するようにしたことを特徴とする。 The silicon etching apparatus according to the present invention is an apparatus in which a silicon material to be etched with an etching mask formed therein is placed in a reactor into which a process gas is introduced, and the silicon material is etched in a tapered shape by the plasma of the process gas. A first gas introducing means for introducing a first gas for etching into the reactor, a second gas introducing means for introducing a second fluorocarbon-based gas for deposition into the reactor, and oxygen Third gas introduction means for introducing gas into the reactor, and introduction of the second gas into the reactor with a constant introduction amount of the second gas or oxygen gas into the reactor. Adjusting means for adjusting the ratio of the amount of the oxygen gas introduced into the reactor to the amount within a range of 0 to 2.5, and the first gas and the second gas introduced into the reactor as well as A mixed gas of serial oxygen gas as used as the process gas, is characterized in that so as to control the taper angle of the silicon material after the etching by the adjustment in the adjustment means.
本発明にあっては、シリコン材をプラズマエッチングする際のプロセスガスとして、エッチング用の第1ガスと堆積用のフッ化炭素系の第2ガス(例えばC4F8)と酸素ガスとの混合ガスを使用する。第2ガスにて形成されるフッ化炭素系の重合体を酸素プラズマにて破壊して、シリコン材をテーパ状にエッチングする。よって、表面粗さが少ないテーパを容易に形成できる。In the present invention, as a process gas for plasma etching a silicon material, a mixture of a first gas for etching, a second fluorocarbon-based gas (for example, C 4 F 8 ) and oxygen gas is used. Use gas. The fluorocarbon polymer formed with the second gas is destroyed with oxygen plasma, and the silicon material is etched into a tapered shape. Therefore, a taper with a small surface roughness can be easily formed.
本発明にあっては、加える第2ガス及び/または酸素ガスの流量を調整して、テーパ角度を制御する。第1ガス及び酸素ガスの流量を一定とした場合、テーパ角度が85°に近い(テーパ面が垂直に近い)ときには第2ガスの流量を多くし、テーパ角度が85°から離れる(テーパ面が大きく傾斜する)ときには第2ガスの流量を少なくする。また、第1ガス及び第2ガスの流量を一定とした場合、テーパ角度が85°に近いときには酸素ガスの流量を少なくし、テーパ角度が85°から離れるときには酸素ガスの流量を多くする。よって、所望のテーパ角度を容易に実現でき、具体的には、これらのガスの流量調整によって、テーパ角度を55°〜85°まで容易に制御できる。 In the present invention, the taper angle is controlled by adjusting the flow rate of the added second gas and / or oxygen gas. When the flow rates of the first gas and the oxygen gas are constant, when the taper angle is close to 85 ° (the taper surface is nearly vertical), the flow rate of the second gas is increased and the taper angle is separated from 85 ° (the taper surface is When it is greatly inclined), the flow rate of the second gas is reduced. When the flow rates of the first gas and the second gas are constant, the flow rate of oxygen gas is decreased when the taper angle is close to 85 °, and the flow rate of oxygen gas is increased when the taper angle is away from 85 °. Therefore, a desired taper angle can be easily realized, and specifically, the taper angle can be easily controlled from 55 ° to 85 ° by adjusting the flow rate of these gases.
本発明に係るシリコンエッチング方法は、前記第2ガスの流量に対する前記酸素ガスの流量の比を0.5以上とすることを特徴とする。 The silicon etching method according to the present invention is characterized in that a ratio of the flow rate of the oxygen gas to the flow rate of the second gas is 0.5 or more.
本発明にあっては、酸素ガスの流量を第2ガスの流量の0.5倍以上とする。このようにすることにより、テーパ表面の粗さを50nm未満に低減できる。 In the present invention, the flow rate of oxygen gas is 0.5 times or more the flow rate of the second gas. By doing so, the roughness of the taper surface can be reduced to less than 50 nm.
本発明に係るシリコンエッチング方法は、前記第2ガスの流量に対する前記酸素ガスの流量の比を2以上とすることを特徴とする。 The silicon etching method according to the present invention is characterized in that a ratio of the flow rate of the oxygen gas to the flow rate of the second gas is 2 or more.
本発明にあっては、酸素ガスの流量を第2ガスの流量の2倍以上とする。このようにすることにより、シリコン材とエッチングマスクとの界面にオーバーハング形状が発生しない。 In the present invention, the flow rate of oxygen gas is set to at least twice the flow rate of the second gas. By doing so, an overhang shape does not occur at the interface between the silicon material and the etching mask.
本発明に係るシリコンエッチング方法は、エッチング後のシリコン材のエッチングマスクに接する面積が、エッチングマスクの面積より狭いことを特徴とする。 The silicon etching method according to the present invention is characterized in that the area of the etched silicon material in contact with the etching mask is smaller than the area of the etching mask.
本発明にあっては、堆積用の第2ガスの重合体を酸素ガスのプラズマにて破壊してテーパ形状を作成する。よって、第2ガスの重合体が酸素プラズマにて破壊されて、エッチング後のシリコン材のエッチングマスクに接する面積が、エッチングマスクの面積より狭くなる。 In the present invention, the taper shape is created by destroying the polymer of the second gas for deposition with plasma of oxygen gas. Therefore, the polymer of the second gas is destroyed by the oxygen plasma, and the area of the etched silicon material in contact with the etching mask becomes smaller than the area of the etching mask.
本発明に係るエッチングシリコン体は、前記本発明に係るシリコンエッチング装置を用いて、前記本発明に係るいずれかのシリコンエッチング方法により、エッチングされたエッチングシリコン体であって、テーパ角度が55°以上85°以下であり、テーパ表面の粗さが50nm未満であることを特徴とする。 An etched silicon body according to the present invention is an etched silicon body etched by any of the silicon etching methods according to the present invention using the silicon etching apparatus according to the present invention, wherein the taper angle is 55 ° or more. It is 85 degrees or less, and the taper surface roughness is less than 50 nm.
本発明にあっては、テーパ角度が55°以上85°以下であって、テーパ表面の粗さが50nm未満であるエッチングシリコン体を提供する。このようなエッチングシリコン体は、液体の微小な流路、微細な光ファイバの載置台などの部材として利用できる。 The present invention provides an etched silicon body having a taper angle of 55 ° to 85 ° and a taper surface roughness of less than 50 nm. Such an etched silicon body can be used as a member such as a fine liquid flow path or a fine optical fiber mounting table.
本発明では、シリコン材をプラズマエッチングする際のプロセスガスとして、エッチング用の第1ガスと堆積用のフッ化炭素系の第2ガスと酸素ガスとの混合ガスを使用するようにしたので、表面粗さが小さいテーパ形状を容易に形成することができる。 In the present invention, a mixed gas of the first gas for etching, the second fluorocarbon-based gas for deposition, and the oxygen gas is used as the process gas when the silicon material is plasma-etched. A tapered shape with small roughness can be easily formed.
また、本発明では、加える酸素ガス及び/または堆積用の第2ガスの流量を調整して、テーパ角度を制御するようにしたので、所望のテーパ角度を容易に実現することができる。 In the present invention, the taper angle is controlled by adjusting the flow rate of the added oxygen gas and / or the second gas for deposition, so that the desired taper angle can be easily realized.
また、本発明では、第2ガスの流量に対する酸素ガスの流量の比を0.5倍以上とするようにしたので、テーパ表面の粗さを50nm未満に低減することができる。 In the present invention, since the ratio of the flow rate of the oxygen gas to the flow rate of the second gas is 0.5 times or more, the roughness of the taper surface can be reduced to less than 50 nm.
また、本発明では、第2ガスの流量に対する酸素ガスの流量の比を2倍以上とするようにしたので、シリコン材とエッチングマスクとの界面におけるオーバーハング形状の発生を防止できる。 In the present invention, since the ratio of the flow rate of the oxygen gas to the flow rate of the second gas is set to be twice or more, the occurrence of an overhang shape at the interface between the silicon material and the etching mask can be prevented.
更に、本発明では、テーパ角度が55°以上85°以下であって、テーパ表面の粗さが50nm未満であるエッチングシリコン体を提供できるため、液体の微小な流路、微細な光ファイバの載置台などの部材として利用することができる。 Furthermore, in the present invention, an etched silicon body having a taper angle of 55 ° to 85 ° and a taper surface roughness of less than 50 nm can be provided. It can be used as a member such as a table.
[図1]オーバーハング形状が形成される状態を示す図である。
[図2]本発明に係るシリコンエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置の一例の構成図である。
[図3]シリコンエッチングの工程を示す図である。
[図4]本発明に係るシリコンエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置の他の例の構成図である。
[図5]本発明で作製されるエッチングシリコン体の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a state in which an overhang shape is formed.
FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a plasma etching apparatus for performing a silicon etching method according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a silicon etching process.
[FIG. 4] It is a block diagram of the other example of the plasma etching apparatus for enforcing the silicon etching method based on this invention.
FIG. 5 is a view showing an example of an etched silicon body produced by the present invention.
1 反応器
2a プラズマ発生室
2b 反応室
3 コイル
4 ガス導入管
6 プラテン
8,10 高周波電源
11 基板電極
14a,14b,14c ガス管
15a,15b,15c マスフローコントローラ(MFC)
20 試料
21 シリコン材
22 エッチングマスク
30 エッチングシリコン体DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor 2a
20
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図2は、本発明に係るシリコンエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置の一例の構成図である。図2に示すプラズマエッチング装置は、プラズマ発生とプラズマ引き込みとを独立的に制御する誘導結合型プラズマ装置(ICP(Inductively Coupled Plasma)装置)である。Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a plasma etching apparatus for carrying out the silicon etching method according to the present invention. The plasma etching apparatus shown in FIG. 2 is an inductively coupled plasma apparatus (ICP (Inductively Coupled Plasma) apparatus) that independently controls plasma generation and plasma drawing.
図2において、1は反応器であり、反応器1は、コイル3への通電によってプラズマを発生させる上方側のプラズマ発生室2aと、発生されたプラズマを引き込んで試料20に対してプラズマエッチングを行う下方側の反応室2bとを有する。 In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a reactor. The reactor 1 performs plasma etching on the upper plasma generation chamber 2 a that generates plasma by energizing the
プラズマ発生室2aは、セラミック製の中空円筒の形状を有しており、その周面には同心状にコイル3が囲繞されている。コイル3には、マッチング回路7を介して高周波電源8が接続されている。また、プラズマ発生室2aの上部壁中央には、反応器1内へプロセスガスを導入するガス導入管4が、貫通する態様で連結されている。そして、コイル3への交流電圧の印加によって、プラズマ発生室2a内にてプロセスガスのプラズマを発生させるようになっている。 The plasma generation chamber 2a has a shape of a ceramic hollow cylinder, and a
ガス導入管4は、3本のガス管14a,14b,14cに分枝されており、各ガス管14a,14b,14cはSF6ガス源,C4F8ガス源,O2ガス源(何れも図示せず)に接続されている。これにより、エッチング用の第1ガスとしてのSF6ガスと、堆積用のフッ化炭素系の第2ガスとしてのC4F8ガスと、O2ガスとの混合ガスがプロセスガスとして反応器1内へ導入されるようになっている。各ガス管14a,14b,14cの中途には各ガスの流量を制御するマスフローコントローラ(MFC)15a,15b,15cが設けられている。これらのマスフローコントローラ15a,15b,15c夫々は、制御部16からの制御信号に基づいて、対応する各ガスの流量を制御する。The
反応室2bの側部壁には、図示しない排気装置を接続した排気口5が開口されている。反応室2bの底部には、エッチング対象の試料20を載置する基板電極11を有するプラテン6が配設されている。プラテン6には、マッチング回路9を介して高周波電源10が夫々接続されている。そして、基板電極11への交流電圧の印加によって、プラズマ発生室2a内で発生されたプラズマが反応室2b内に引き込まれ、その引き込まれたプラズマにより試料20がエッチングされるようになっている。 An
次に、このような構成のプラズマエッチング装置を用いた本発明によるシリコンエッチングについて説明する。図3は、シリコンエッチングの工程を示す図である。 Next, silicon etching according to the present invention using the plasma etching apparatus having such a configuration will be described. FIG. 3 is a diagram showing a silicon etching process.
まず、図3(a)に示すような試料20を準備する。シリコン材21上にマスク材となるフォトレジストを塗布し、露光処理によってエッチングマスク22をエッチング対象以外の領域にパターン形成する。シリコン材21にエッチングマスク22を形成した試料20をプラテン6に載置する。 First, a
排気口5を介して排気装置(図示せず)により反応器1内を減圧し、ガス導入管4からプロセスガス(SF6,C4F8及びO2の混合ガス)をプラズマ発生室2a内に導入する。この際、マスフローコントローラ15a,15b,15cにより、SF6ガス,C4F8ガス,O2ガスの流量を夫々制御する。混合ガスの圧力は、4.0Pa程度である。なお、本発明では、O2ガスの流量をC4F8ガスの流量の0.5倍以上、より好ましくは2倍以上とする。これは、O2ガスの流量をC4F8ガスの流量の0.5倍以上とすることにより、テーパ表面の粗さを50nm未満に低減でき、また、O2ガスの流量をC4F8ガスの流量の2倍以上とすることにより、更にシリコン材とエッチングマスクとの界面にオーバーハング形状が発生しないようにできるからである。The inside of the reactor 1 is depressurized by an exhaust device (not shown) through the
そして、コイル3にマッチング回路7を介して高周波電源8から交流電圧(印加電力:1700W程度)を印加し、プラズマ発生室2a内にてプロセスガスのプラズマを発生させ、同時に基板電極11にマッチング回路9を介して高周波電源10から交流電圧(印加電力:50W程度)を印加して、発生させたそのプラズマを反応室2b内に引き込み、その引き込んだプラズマにより、エッチング対象以外の領域にエッチングマスク22を形成した試料20のシリコン材21をエッチングする。この際、シリコン材21における被エッチング領域の厚さは、例えば5μm〜数百μmである。 Then, an AC voltage (applied power: about 1700 W) is applied to the
このようなエッチングにより、図2(b)に示すように、テーパ角度θを有するエッチングシリコン体30を作製できる。また、作製されるエッチングシリコン体30では、シリコン材21とエッチングマスク22との界面にオーバーハング形状が見られず、全体に平滑なテーパ面が得られている。本発明では、O2プラズマがC4F8重合体を破壊するように作用するため、エッチングシリコン体30の上面(エッチングマスク22に接する側の面)の面積はエッチングマスク22の面積よりも狭くなる。これに対して、特許文献1のエッチング手法では、エッチングシリコン体の上面(エッチングマスクに接する側の面)の面積はエッチングマスクの面積よりも広くなる。By such etching, an
以下、SF6ガスの流量は一定として、具体的にC4F8ガス,O2ガスの流量を制御してシリコン材21のエッチングを行った本発明の実施例及び比較例について説明する。Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention in which the
(比較例1)
プロセスガスとして、SF6=70sccm、C4F8=200sccm、O2=0sccmの混合ガスを用いてエッチングを行った場合、テーパ角度θ=90°、テーパ表面の粗さが10nm未満であるエッチングシリコン体30が作製された。つまり、垂直な側壁を有するエッチングシリコン体30が作製された。(Comparative Example 1)
When etching is performed using a mixed gas of SF 6 = 70 sccm, C 4 F 8 = 200 sccm, and O 2 = 0 sccm as the process gas, the taper angle θ = 90 ° and the taper surface roughness is less than 10 nm. A
プロセスガスとして、SF6=70sccm、C4F8=200sccm、O2=100sccmの混合ガス(O2流量/C4F8流量=0.5)を用いてエッチングを行った場合、テーパ角度θ=85°、テーパ表面の粗さが50nm未満であるエッチングシリコン体30が作製された。但し、シリコン材21とエッチングマスク22との界面にオーバーハング形状が見られた。When etching is performed using a mixed gas of SF 6 = 70 sccm, C 4 F 8 = 200 sccm, and O 2 = 100 sccm (O 2 flow rate / C 4 F 8 flow rate = 0.5) as the process gas, the taper angle θ An etched
プロセスガスとして、SF6=70sccm、C4F8=200sccm、O2=500sccmの混合ガス(O2流量/C4F8流量=2.5)を用いてエッチングを行った場合、テーパ角度θ=65°、テーパ表面の粗さが10nm未満であるエッチングシリコン体30が作製された。シリコン材21とエッチングマスク22との界面にオーバーハング形状が見られなかった。When etching is performed using a mixed gas (O 2 flow rate / C 4 F 8 flow rate = 2.5) of SF 6 = 70 sccm, C 4 F 8 = 200 sccm, and O 2 = 500 sccm as the process gas, the taper angle θ An etched
プロセスガスとして、SF6=70sccm、C4F8=250sccm、O2=500sccmの混合ガス(O2流量/C4F8流量=2)を用いてエッチングを行った場合、テーパ角度θ=75°、テーパ表面の粗さが20nm未満であるエッチングシリコン体30が作製された。シリコン材21とエッチングマスク22との界面にオーバーハング形状が見られなかった。When etching is performed using a mixed gas of SF 6 = 70 sccm, C 4 F 8 = 250 sccm, and O 2 = 500 sccm (O 2 flow rate / C 4 F 8 flow rate = 2) as the process gas, the taper angle θ = 75. An
プロセスガスとして、SF6=70sccm、C4F8=350sccm、O2=500sccmの混合ガス(O2流量/C4F8流量=1.4)を用いてエッチングを行った場合、テーパ角度θ=85°、テーパ表面の粗さが10nm未満であるエッチングシリコン体30が作製された。但し、シリコン材21とエッチングマスク22との界面にオーバーハング形状が見られた。When etching is performed using a mixed gas (O 2 flow rate / C 4 F 8 flow rate = 1.4) of SF 6 = 70 sccm, C 4 F 8 = 350 sccm, and O 2 = 500 sccm as the process gas, the taper angle θ An etched
なお、上記比較例及び実施例1〜4において、O2の流量の大小によるエッチングレートの変動はほとんどなかった。In the comparative example and Examples 1 to 4, there was almost no variation in the etching rate due to the flow rate of O 2 .
比較例及び実施例1,2の結果から、O2ガスの流量を調整することにより、テーパ角度θを制御できることが分かる。具体的には、O2ガスの流量を0sccmから500sccmまで変化させることによって、テーパ角度を85°から65°まで変えることができる。よって、O2ガスの流量を調整して、所望のテーパ角度を実現することができる。From the results of the comparative example and Examples 1 and 2, it can be seen that the taper angle θ can be controlled by adjusting the flow rate of the O 2 gas. Specifically, the taper angle can be changed from 85 ° to 65 ° by changing the flow rate of O 2 gas from 0 sccm to 500 sccm. Therefore, a desired taper angle can be realized by adjusting the flow rate of O 2 gas.
実施例2〜4の結果から、C4F8ガスの流量を調整することにより、テーパ角度θを制御できることが分かる。具体的には、O2ガスの流量を一定の500sccmとしてC4F8ガスの流量を200sccmから350sccmまで変化させることによって、テーパ角度を65°から85°まで変えることができる。よって、所定量のO2ガスを加えた状態でC4F8ガスの流量を調整することにより、所望のテーパ角度を実現することができる。From the results of Examples 2 to 4, it can be seen that the taper angle θ can be controlled by adjusting the flow rate of the C 4 F 8 gas. Specifically, the taper angle can be changed from 65 ° to 85 ° by changing the flow rate of C 4 F 8 gas from 200 sccm to 350 sccm while the flow rate of O 2 gas is constant 500 sccm. Therefore, a desired taper angle can be realized by adjusting the flow rate of the C 4 F 8 gas while adding a predetermined amount of O 2 gas.
また、実施例1〜4の結果から、C4F8ガスの流量に対するO2ガスの流量の比を0.5以上とすることにより、テーパ表面の粗さを50nm未満に制御できることが分かる。また、上記流量の比を更に大きくした実施例2〜4にあっては、テーパ表面の粗さを20nm未満に低減できている。よって、O2流量/C4F8流量の比を0.5以上としておけば、テーパ角度を自由に制御してもテーパ表面を常に平滑にすることができる。From the results of Examples 1 to 4, by a
また、実施例1〜4の結果から、C4F8ガスの流量に対するO2ガスの流量の比を2以上とすることにより、オーバーハング形状の発生を防止できることが分かる。更なる実験の結果、コイル3への印加電圧を1200Wとし、プロセスガスとして、SF6=20sccm、C4F8=40sccm、O2=90sccmの混合ガス(O2流量/C4F8流量=2.3)を用いてエッチングを行った場合、オーバーハング形状が見られないテーパ角度θ=65°、テーパ表面の粗さ20nm未満のエッチングシリコン体30が作製された。一方、O2流量/C4F8流量=0.5の場合、及び、O2流量/C4F8流量=1.5の場合には何れもオーバーハング形状が見られるエッチングシリコン体30が作製された。よって、O2流量/C4F8流量の比を2以上とすることにより、オーバーハング形状が見られない良好な直線性のテーパ面を形成することができる。From the results of Examples 1 to 4, by the C 4 F 8 O 2 gas flow rate ratio of the relative flow rates of the gas and more, it can be seen that can prevent the occurrence of overhangs. As a result of further experiments, the applied voltage to the
以上のことから、本発明では、テーパ角度の制御を容易に行えて所望のテーパ角度をなすと共に、その表面の粗さが小さくて平滑であってオーバーハングが見られないようなテーパ形状を有するエッチングシリコン体を作製できる。具体的には、テーパ角度が65°以上85°以下であり、テーパ表面の粗さが50nm未満であるようなオーバーハングハング形状がないエッチングシリコン体を作製できる。また、O2ガスの流量を多くすることにより、テーパ表面の粗さを10nm未満に低減することも可能である。From the above, in the present invention, the taper angle can be easily controlled to form a desired taper angle, and the taper shape is such that the surface roughness is small and smooth, and no overhang is observed. An etched silicon body can be produced. Specifically, an etched silicon body having an overhang hang shape having a taper angle of 65 ° to 85 ° and a taper surface roughness of less than 50 nm can be produced. Further, it is possible to reduce the roughness of the taper surface to less than 10 nm by increasing the flow rate of O 2 gas.
図4は、本発明に係るシリコンエッチング方法を実施するためのプラズマエッチング装置の他の例の構成図である。図4に示すプラズマエッチング装置は、プラズマ発生とエッチング処理とを一つの室内(反応器1内)で行うプラズマ装置である。図4において、図2と同様または同一の部分には同一の符号を付している。 FIG. 4 is a configuration diagram of another example of a plasma etching apparatus for carrying out the silicon etching method according to the present invention. The plasma etching apparatus shown in FIG. 4 is a plasma apparatus that performs plasma generation and etching processing in one chamber (inside the reactor 1). 4, the same reference numerals are given to the same or the same parts as those in FIG.
反応器1は、セラミック製の中空円筒の形状を有しており、その周面には同心状にコイル3が囲繞されている。コイル3には、マッチング回路7を介して高周波電源8が接続されている。また、反応器1の上部壁中央には、反応器1内へプロセスガスを導入するガス導入管4が、貫通する態様で連結されている。そして、コイル3への交流電圧の印加によって、反応器1内にてプロセスガスのプラズマが発生される。 The reactor 1 has a shape of a ceramic hollow cylinder, and a
ガス導入管4は、3本のガス管14a,14b,14cに分枝されており、各ガス管14a,14b,14cはSF6ガス源,C4F8ガス源,O2ガス源(何れも図示せず)に接続されている。これにより、エッチング用の第1ガスとしてのSF6ガスと、堆積用のフッ化炭素系の第2ガスとしてのC4F8ガスと、O2ガスとの混合ガスがプロセスガスとして反応器1内へ導入されるようになっている。各ガス管14a,14b,14cの中途には各ガスの流量を制御するマスフローコントローラ(MFC)15a,15b,15cが設けられている。これらのマスフローコントローラ15a,15b,15c夫々は、制御部16からの制御信号に基づいて、対応する各ガスの流量を制御する。The
反応器1の側部壁には、図示しない排気装置を接続した排気口5が開口されている。反応器1の底部には、エッチング対象の試料20を載置する基板電極11を有するプラテン6が配設されている。プラテン6には、マッチング回路9を介して高周波電源10が夫々接続されている。そして、基板電極11への交流電圧の印加によって、反応器1内で発生されたプラズマが下方に引き込まれ、その引き込まれたプラズマにより試料20がエッチングされるようになっている。 An
このような構成のプラズマ装置を用いてシリコンエッチングを行った一例について説明する。排気口5を介して排気装置(図示せず)により反応器1内を減圧し、ガス導入管4からプロセスガス(SF6ガス:流量50sccm,C4F8ガス:流量40sccm及びO2ガス:流量85sccmの混合ガス)を反応器1内に導入する。そして、コイル3にマッチング回路7を介して高周波電源8から交流電圧(印加電力:900W程度)を印加し、反応器1内にてプロセスガスのプラズマを発生させ、同時に基板電極11にマッチング回路9を介して高周波電源10から交流電圧(印加電力:25W程度)を印加して、発生させたそのプラズマを下方に引き込み、その引き込んだプラズマにより、エッチング対象以外の領域にエッチングマスク22を形成した試料20のシリコン材21をエッチングした。この結果、テーパ角度θ=55°、テーパ表面の粗さが20nm未満であってオーバーハング形状が見られないエッチングシリコン体30が作製された。An example in which silicon etching is performed using the plasma apparatus having such a configuration will be described. The inside of the reactor 1 is decompressed by an exhaust device (not shown) through the
上述した例では、断面視で台形状をなすようにエッチングをする場合について説明したが、V溝状にエッチングを行う場合にも本発明を同様に適用できる。 In the above-described example, the case where etching is performed so as to form a trapezoidal shape in a cross-sectional view has been described.
また、O2ガスを加えることによって、テーパ形状にエッチング可能であるため、エッチングの処理工程を2段階とし、第1段階ではエッチング用のガス(例えばSF6)及び堆積用のガス(例えばC4F8)のみの混合ガスを使用し、第2段階ではエッチング用のガス(例えばSF6),堆積用のガス(例えばC4F8)及びO2ガスの混合ガスを使用することにより、図5に示すように、下側部分30aがテーパをなさず、上側部分30bがテーパ面を持つようなエッチング形状を有するエッチングシリコン体30を作製できる。Further, since the taper shape can be etched by adding O 2 gas, the etching process is performed in two stages, and in the first stage, an etching gas (for example, SF 6 ) and a deposition gas (for example, C 4). By using a mixed gas of only F 8 ) and using a mixed gas of an etching gas (for example, SF 6 ), a deposition gas (for example, C 4 F 8 ), and an O 2 gas in the second stage, FIG. As shown in FIG. 5, an
なお、上述した例では、エッチング用のガスとしてSF6、堆積用のガスとしてC4F8を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。エッチング用のガスとしては、SF6以外にSF4などの一般式SFxで示されるガスを使用できる。また、堆積用のガスとしては、C4F8以外にC5F8などの一般式CxFyで示されるガス、CHF3,CH2F2などの一般式CxHyFzで示されるガスを使用できる。In the above-described example, the case where SF 6 is used as the etching gas and C 4 F 8 is used as the deposition gas has been described. However, the present invention is not limited to this. As an etching gas, a gas represented by a general formula SF x such as SF 4 can be used in addition to SF 6 . Further, as the deposition gas, in addition to C 4 F 8 , a gas represented by a general formula C x F y such as C 5 F 8 or a general formula C x H y F z such as CHF 3 or CH 2 F 2 is used. The indicated gas can be used.
Claims (6)
前記プロセスガスとして、エッチング用の第1ガスと堆積用のフッ化炭素系の第2ガスと酸素ガスとを混合させたものを用いることとし、前記第2ガスまたは酸素ガスの流量を一定にした状態で前記第2ガスの流量に対する前記酸素ガスの流量の比を0〜2.5の範囲で調整することにより、エッチング後の前記シリコン材のテーパ角度を制御することを特徴とするシリコンエッチング方法。In the method of setting the etching target silicon material on which the etching mask is formed in an atmosphere into which a process gas is introduced, and etching the silicon material in a taper shape by the plasma of the process gas,
As the process gas, a mixture of a first gas for etching, a fluorocarbon-based second gas for deposition, and oxygen gas is used, and the flow rate of the second gas or oxygen gas is made constant. A tape etching angle of the silicon material after etching is controlled by adjusting a ratio of a flow rate of the oxygen gas to a flow rate of the second gas in a range of 0 to 2.5 in a state. .
エッチング用の第1ガスを前記反応器内へ導入する第1ガス導入手段と、堆積用のフッ化炭素系の第2ガスを前記反応器内へ導入する第2ガス導入手段と、酸素ガスを前記反応器内へ導入する第3ガス導入手段と、前記第2ガスまたは酸素ガスの前記反応器内への導入量を一定にした状態で前記第2ガスの前記反応器内への導入量に対する前記酸素ガスの前記反応器内への導入量の比を0〜2.5の範囲で調整する調整手段とを備え、前記反応器内に導入された前記第1ガス、前記第2ガス及び前記酸素ガスの混合ガスを前記プロセスガスとして用いるようにし、前記調整手段での調整によりエッチング後の前記シリコン材のテーパ角度を制御するようにしたことを特徴とするシリコンエッチング装置。In an apparatus in which a silicon material to be etched, in which an etching mask is formed, is installed in a reactor into which a process gas is introduced, and the silicon material is etched into a tapered shape by the plasma of the process gas.
First gas introduction means for introducing a first gas for etching into the reactor, second gas introduction means for introducing a second fluorocarbon-based gas for deposition into the reactor, and oxygen gas Third gas introduction means for introducing into the reactor, and with respect to the introduction amount of the second gas into the reactor in a state where the introduction amount of the second gas or oxygen gas into the reactor is constant . Adjusting means for adjusting the ratio of the amount of oxygen gas introduced into the reactor in the range of 0 to 2.5, the first gas introduced into the reactor, the second gas, and the A silicon etching apparatus characterized in that a mixed gas of oxygen gas is used as the process gas, and the taper angle of the silicon material after etching is controlled by adjustment by the adjusting means.
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